截齿用耐磨材料及其制备方法研究

摘要

硬质合金具有特殊的耐腐蚀性、高硬度、优良的断裂韧性和抗压强度，目前全世界生产的硬质合金中以WC硬质合金牌号最多、产量最大，用途也最为广泛。在传统工艺中，截齿用硬质合金的生产方法是粉末冶金技术，经过WC粉和钴粉混合压制烧结而成。粉末冶金技术对原料WC粉末的纯度、粒度均匀性，以及颗粒形貌、结晶完整性、亚晶尺寸大小等都有很高的要求，生产工艺复杂。
　　与传统工艺的先制取WC粉末，继而烧结成硬质合金不同，本论文提出利用等离子原位冶金技术在截齿盲孔内由WO3或W制备截齿WC块体耐磨材料的新方法。使用该法制备块体耐磨材料的优点在于：(1)成本低，原料粉末以WO3或W和炭黑为主；(2)短流程，直接在截齿盲孔内生成块体耐磨材料，取代了粉末冶金的复杂工艺；(3)冶金结合，避免了钎焊硬质合金带来的各种问题。
　　本论文利用热力学第二定律，通过曲线外延法证明了在超高温下由WO3或W制备WC的可行性。反应温度大于1000K时，C与WO3可能发生固—固反应、液—固反应、铁浴反应、液—液反应，以上反应均为吸热反应，随着温度的上升，利于反应的正向进行。C与W生成WC的反应是放热反应，但当△G=0时，Tc＞22000K，高于等离子原位冶金反应温度，故而反应也可以进行。
　　在试验中由WO3制备的块体耐磨材料，裂痕较多，成形性差，未能达到预期结果；由W试制的块体耐磨材料成型及致密性较好，最高硬度可达1987HV。WC晶粒呈聚集状态随机分布，其生成方式为台阶式逐步生长，除WC晶粒外，块体耐磨材料中还有M6C(Fe3W3C-Fe4W2C)，Cr7C3，(Fe,Cr,Ni)3C和γ-Fe等物相，其中M6C是块体耐磨材料中主要的硬质相；块体耐磨材料中含有大量的W元素，显著提高了合金的抗腐蚀磨损能力；由W、Cr、Fe形成的碳化物作为主要硬质相弥散分布在齿体当中，对WC相起到良好的支撑作用，因此实现了高的显微硬度。对耐磨材料的成分、组织、性能进行了检测和分析，结果表明：由W制备的块体耐磨材料的硬度、耐磨性初步达到预期目标，整体平均显微硬度1254HV（载荷200g，保持时间10s），相对耐磨性0.83（参比样YG13C）。本论文对该法的工业应用进行了可行性评估，认为该法在成本和工艺上的具有巨大优势，在截齿制造领域将有广阔的应用前景。

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1文献综述

1.1引言

1.2 WC粉末、WC基硬质合金制备工艺研究现状

1.3 等离子原位冶金技术

1.4本研究的意义

2 由 WO3或W高温生成WC的可行性分析

2.1 反应的热力学数据

2.2 反应的热力学状态图

2.3本章小结

3试验材料及测试分析方法

3.1试验材料

3.2试样的制备、组织观察和性能测试方法

4等离子原位冶金反应结晶过程研究

4.1 结晶的一般规律

4.2等离子原位冶金反应凝固机理分析

4.3 本章小结

5 复合WC块体耐磨材料的制备

5.1 合金粉末设计

5.2 工艺参数

5.3 块体耐磨材料的组织性能分析

5.4工业化应用分析

5.5 本章小结

6结论

致谢

参考文献